Америка Құрама Штаттарының геологиялық құрылымы

Кіріспе

Ұлттық геология

Америка Құрама Штаттарының әдемі ландшафты – тектоникалық тақталардың, ауа райының әсері мен эрозияның күштерінің нәтижесі. Жердің 4,5 миллиард жылдық тарихында тектоникалық қозғалыстар мен тақталардың соқтығысуы үлкен тау жоталарын көтеріп, эрозия мен ауа райының күштері оларды құлатуға тырысты. Тіпті миллиондаған жылдар өткеннен кейін де Жердің үлкен қозғалыстарының іздері ерекше ландшафттарды немесе провинцияларды анықтайтын текстуралық өзгерістер мен беткі пішіндер ретінде сақталады. Америка Құрама Штаттарының әртүрлі ландшафттарын оң жақтағы көлеңкелі суреттен оңай көруге болады. АҚШ-тың батысындағы "қалың" текстура мен "тегіс" орталық және шығыс аймақтарының арасындағы айқын контраст бірден көзге түседі. Қаттылықтағы (топографиялық рельефтегі) айырмашылықтар астыңғы тау жыныстарына әсер ететін түрлі процестерден туындайды. Аймақтың тектоникалық тақта тарихы жер бетіндегі тау жыныстарының түрі мен құрылысына күшті әсер етеді, бірақ климаттың өзгеруіне байланысты эрозияның әртүрлі қарқыны да жерге терең әсер етуі мүмкін. Тынық мұхиты провинциясы Жердің бірнеше жылжымалы тақталарының шекарасында орналасқан: Аляскадан Оңтүстік Американың оңтүстік бөлігіне дейін созылған таулардың кеңдігін құруға қажетті күштің көзі. Бұл провинцияға Каскад тауларының белсенді және кейде қауіпті жанартаулары, Тынық мұхиты жағалауының жас, тік таулары және Сьерра-Невада кіреді. Сент-Хеленс тауы сияқты ірі жанартаулар көп назар аударатын болса да, Каскадтар негізінен лава мен жанартау күлінен құралған платформа салып, мыңдаған кішкентай, қысқа ғұмырлы жанартаулардан тұрады. Бұл жанартаулық платформаның үстінде көзге түсетін бірнеше ірі жанартаулар көтеріліп тұрады. Тынық мұхитынан Солтүстік-Батыс Тынық мұхитына дейінгі жердің тілі мынадай сурет сияқты көрінеді. Каскадтардың астында тығыз мұхиттық тақта Солтүстік Америка тақтасының астына батып, субдукция деп аталатын процеске түседі. Мұхиттық тақта құрлықтық тақтаның астына Жердің ішкі қабаттарына тереңдей түскенде, жоғары температура мен қысым қатты тау жыныстарының минералдарындағы су молекулаларын шығаруға мүмкіндік береді. Су буы субдукцияланатын тақтаның үстіндегі иілгіш мантияға көтеріліп, мантияның бір бөлігін балқытады. Бұл жаңадан пайда болған магма Жер бетіне шығып, жанартаулар тізбегін (Каскад жотасын) құрайды. Базальттық лавадан тұратын Колумбия өзенінің базальттары провинцияның батыс бөлігін жабады. Бұл үлкен ағындар 17 миллион жыл бұрын болған. Лаваның көп бөлігі алғашқы 1,5 миллион жылда ағып шықты: балқыған тау жыныстарының осындай көп мөлшері үшін өте қысқа мерзім. Бассейн мен Жота провинциясының ерекше топографиясы осы аймалда саяхат жасағандарға таныс. Тік беткейлі ұзын таулар мен жазық, құрғақ шөлдердегі ұзақ сапарлар кезектеседі. Бұл негізгі топографиялық үлгі Калифорнияның шығысынан Ютаның ортасына дейін, Айдахоның оңтүстігінен Мексиканың Сонора штатына дейін созылады. Бұл ерекше топографияны құраған күштер жер бетінің терең қабаттарында жатыр. Бассейн мен Жота провинциясында Жер қыртысы (және жоғарғы мантия) бастапқы енінің 100% дейін созылған. Бүкіл аймақ созылуға ұшырады, нәтижесінде қыртыс жұқарып, жарылып, үлкен жарылымдар пайда болды. Осы солтүстік-оңтүстік бағытталған жарылымдар бойында таулар көтеріліп, аңғарлар төмен түсіп, Бассейн мен Жота провинциясының сызықтық тау жоталары мен аңғарларының ерекше тізбегі құрылды. Бассейн мен Жота провинциясын Үлкен Бассейнмен шатастырмау керек, ол өзінің ерекше гидрологиялық сипаттамаларымен (ішкі дренаж) анықталатын Бассейн мен Жота физиографиялық аймағының кіші бөлімі.

The richly textured landscape of the United States is a product of the dueling forces of plate tectonics, weathering and erosion. Over the 4.5 billion year history of the Earth, tectonic upheavals and colliding plates have raised great mountain ranges while the forces of erosion and weathering worked to tear them down. Even after many millions of years, records of Earth's great upheavals remain imprinted as textural variations and surface patterns that define distinctive landscapes or provinces. The diversity of the landscapes of the United States can be easily seen on the shaded relief image to the right. The stark contrast between the ‘rough' texture of the western US and the ‘smooth' central and eastern regions is immediately apparent. Differences in roughness (topographic relief) result from a variety of processes acting on the underlying rock. The plate tectonic history of a region strongly influences the rock type and structure exposed at the surface, but differing rates of erosion that accompany changing climates can also have profound impacts on the land. The Pacific Province straddles the boundaries between several of Earth's moving plates:the source of the monumental forces required to build the sweeping arc of mountains that extends from Alaska to the southern reaches of South America. This province includes the active and sometimes deadly volcanoes of the Cascade Range and the young, steep mountains of the Pacific Border and the Sierra Nevada. Although the largest volcanoes like Mount St. Helens get the most attention, the Cascades is really made up of a band of thousands of very small, short lived volcanoes that have built a platform of lava and volcanic debris. Rising above this volcanic platform are a few strikingly large volcanoes that dominate the landscape. A slice of the Earth from the Pacific Ocean through the Pacific Northwest might look something like the adjacent image. Beneath the Cascades, a dense oceanic plate plunges beneath the North American Plate; a process known as subduction. As the oceanic slab sinks deep into the Earth's interior beneath the continental plate, high temperatures and pressures allow water molecules locked in the minerals of solid rock to escape. The water vapor rises into the pliable mantle above the subducting plate, causing some of the mantle to melt. This newly formed magma rises toward the Earth's surface to erupt, forming a chain of volcanoes (the Cascade Range) above the subduction zone. Over of basaltic lava, known as the Columbia River basalts, covers the western part of the province. These tremendous flows erupted between 17 million years ago. Most of the lava flooded out in the first 1.5 million years: an extraordinarily short time for such an outpouring of molten rock. The Basin and Range province has a characteristic topography that is familiar to anyone who ventures across it. Steep climbs up elongate mountain ranges alternate with long treks across flat, dry deserts. This basic topographic pattern extends from eastern California to central Utah, and from southern Idaho into the state of Sonora in Mexico. The forces which created this distinct topography lie deep beneath the surface. Within the Basin and Range Province, the Earth's crust (and upper mantle) has been stretched up to 100% of its original width. The entire region has been subjected to extension that thinned and cracked the crust as it was pulled apart, creating large faults. Along these roughly north–south trending faults mountains were uplifted and valleys down dropped, producing the distinctive alternating pattern of linear mountain ranges and valleys of the Basin and Range province. The Basin and Range province should not be confused with The Great Basin, which is a sub section of the greater Basin and Range physiographic region defined by its unique hydrological characteristics (internal drainage).

Ұлы алабы

Ұлы бассейн – Неваданың көп бөлігін, Оңтүстік Орегон мен Айдахо штаттарын, Батыс Юта және Шығыс Калифорнияның шағын бөлігін қамтитын географиялық және гидрологиялық аймақ. Бұл аймақтың жер бетіндегі су көздері мұхитқа ағып кетуге үлкермей, буланып немесе сіңіп кетеді. Колорадо үстіртінің шөгінді тау жыныстарының қабаттарының көркемдігі мен жарқын түстері көптеген геологтардың қиялын баурап алған. Бұл – үстірттер, тау беткейлері және терең шатқалдардан тұратын кең аймақ, олардың қабырғалары миллиардтан бастап немесе жүз жыл ғана бұрын пайда болған тау жыныстарын көрсетеді. Ежелгі кембрийге дейінгі тау жыныстары, тек ең терең шатқалдарда ғана көрінеді және Колорадо үстіртінің негізін құрайды. Көбінесе бұл тау жыныстар метаморфтық жыныстар болып табылады, олар Жердің тереңдігінде қалыптасқан, ал континенттердің ұлы соқтығысуы Солтүстік Америка құрлығының ядросын миллиард жылдан астам бұрын жасаған. Миллиондаған жылдардан кейін енген магмалық тау жыныстары Колорадо үстіртінің қараңғы метаморфтық негізінің кейбір бөліктерінде құрамына өрнек салады. Тауларды құрайтын тау жыныстары таулар көтерілгенге дейін қалыптасқан. Тау тізбектерінің ядросы көбінесе миллиард жылдан астам ғасырлық континенттік қабықтың бөліктерінен тұрады. Оңтүстікте 300 миллион жыл бұрын ежелгі тау жотасы пайда болып, кейіннен эрозияға ұшыраған. Сол ескі таулардың тау жыныстары Роки тауларына айналды. Роки таулары Батыс АҚШ-тың көп бөлігін құраған қарқынды тектоникалық белсенділік кезеңінде қалыптасты. Шамамен 170-40 миллион жыл бұрын (Юра кезеңінен Кенозой кезеңіне дейін) үш ірі тау құрылысы эпизодтары батысты қайта қалыптастырды. Соңғы тау құрылысы оқиғасы, Ларамид орогенезі (шамамен 70-40 миллион жыл бұрын), үш эпизодтың соңғысы, Роки тауларын көтеруге жауапты. Мұздық кезеңдер Плейстоцен дәуірінен (1,8 миллион – 70 000 жыл бұрын) Холоцен дәуіріне дейін (11 000 жылдан кем уақыт бұрын) болды. Мұз дәуірі Роки тауларында өз іздерін қалдырып, U пішіндес аңғарлар мен цирктер сияқты кең мұздық жер бедерін қалыптастырды.

The Great Basin is the geographical and hydrological region comprising most of Nevada, southern Oregon and Idaho, western Utah, and a little of eastern California. Characterized by internal drainage, this region's surface water sources evaporate or percolate before they can flow to the ocean. The sculptured beauty and brilliant colors of the Colorado Plateau's sedimentary rock layers have captured the imaginations of countless geologists. This is a vast region of plateaus, mesas, and deep canyons whose walls expose rocks ranging in age from billions to just a few hundred years old. Ancient Precambrian rocks, exposed only in the deepest canyons, make up the basement of the Colorado Plateau. Most are metamorphic rocks formed deep within the Earth while continental collision on a grand scale produced the nucleus of the North American continent well over a billion years ago. Igneous rocks injected millions of years later form a marbled network through parts of the Colorado Plateau's darker metamorphic basement. The rocks making up the mountains were formed before the mountains were raised. The cores of the mountain ranges are in most places formed of pieces of continental crust that are over one billion years old. In the south, an older mountain range was formed 300 million years ago, then eroded away. The rocks of that older range were reformed into the Rocky Mountains. The Rocky Mountains took shape during a period of intense plate tectonic activity that formed much of the rugged landscape of the western United States. Three major mountain building episodes reshaped the west from about 170 to 40 million years ago (Jurassic to Cenozoic Periods). The last mountain building event, the Laramide orogeny, (about 70 40 million years ago) the last of the three episodes, is responsible for raising the Rocky Mountains. Periods of glaciation occurred from the Pleistocene Epoch (1.8 million–70,000 years ago) to the Holocene Epoch (fewer than 11,000 years ago). The ice ages left their mark on the Rockies, forming extensive glacial landforms, such as U shaped valleys and cirques.

Лаврентий таулы аймағы

Әрбір құрлықтың өте көне метаморфтық тау жыныстары бар. Superior Upland провинциясы – Лаврентийлік Upland провинциясының оңтүстікке қарай созылуы, Солтүстік Американың ядросының бір бөлігі, Канада қалқаны деп аталады. Лаврентийлік Upland провинциясының негізгі жыныстары шамамен 2500 миллион жыл бұрын Кенор орогенезі деп аталатын тектоникалық тақталардың соқтығысуынан туған тау құрылысы кезінде метаморфозға ұшырады. Superior Upland тау жыныстары негізінен прекамбрий метаморфтық жыныстарынан және үстіне жатқан палеозой (Камбрий) жыныстарынан тұрады, олар Плейстоцен мұз дәуірінің соңында мұздықтар ерігеннен кейін қалған мұздық шөгінділерінің жұқа қабатымен жабылған. Егер біз үстіне жиналған жас жыныстардың барлығын алып тастасақ, жер астындағы прекамбрий негізінің үстінде төмендіктері аз ландшафтты көрер едік. Прекамбрий жыныстарының топографиясы өте жай, ең биік және ең төмен нүктелер арасындағы айырмашылық шамамен 500 футқа жетеді. Бұл аймақ өте ерте заманда ұзақ уақыт бойы эрозияға ұшыраған, нәтижесінде бастапқы таулы беткей жұмсақ, толқынды бетке айналған. Қазіргі беткей де көп айырмашылық жоқ. Айналасындағы жерлерден бірнеше жүз фут биіктіктегі төбелер көтеріледі. Висконсин штатындағы Риб Хилл сияқты ең биік төбелер негізінен берік кварциттен немесе гранитен тұрады. Палеозой және мезозой дәуірлерінде, көбінесе төмен жатқан Ішкі жазықтар аймағы континенттің батыс және шығыс жиектерінде болған тау құрылысының тектоникалық соқтығыстарынан салыстырмалы түрде зардап шекпеді. Аппалачи, Оуачита және Озарк тауларының тау жыныстары ескі және олардың тегі ортақ. Олар негізінен палеозой дәуірінің теңіз түбінде шөгінді жыныстарынан тұрады, қазір бүктеліп және жарылған. Аппалачиде вулкандық жыныстар мен ежелгі теңіз түбінің бөліктері де бар. Бұл таулар бұрын Аппалачи тауларынан Техас арқылы созылған алып тау тізбегінің бір бөлігі болған. Палеозой дәуірінің басында, кейін Солтүстік Америкаға айналған континент экватордың бойымен орналасқан. Аппалачи аймағы, қазіргі Атлантикалық жағалау жазықтығынан айырмашылығы, пассивті тақта шекарасы болды. Осы кезеңде аймақ мезгіл-мезгіл аязды теңіздердің астына батып кетті. Теңіз астында қалғанда, терең емес теңіз түбінде қалың шөгінділер мен карбонатты жыныстар жиналды. Теңіздер тартылғанда, құрлықтағы шөгінділер мен эрозия басым болды. Триас дәуірінің соңында Пангея Африка, Оңтүстік Америка және Солтүстік Америка арасында үш жарық пайда болғанда бөліне бастады. Жер қыртысының әлсіз жерінен магманың көтерілуімен рифтілік пайда болды, нәтижесінде вулкандық риф аймағы құрылды. Жанартаулардың атқылауы ас пен жанартау қалдықтарын ландшафтқа шашыратып жіберді, Пангеяның осы бөлінген континенттік бөліктері айырылды. Бұл террандар Фарэллон, Кула және Тынық мұхиты тақталарының бірінен соң бірі суға батуынан туындады.

Every continent has a core of very ancient metamorphic rocks. The Superior Upland Province is the southern extension of the Laurentian Upland Province, part of the nucleus of North America called the Canadian Shield. The basement rocks of the Laurentian Upland Province were metamorphosed about 2500 million years ago in a mountain building collision of tectonic plates called the Kenoran Orogeny. The rocks of the Superior Upland are mostly Precambrian metamorphic rocks and overlying Paleozoic rocks (Cambrian) covered by a thin veneer of glacial deposits left behind when glaciers melted at the end of the Pleistocene Ice Age. If we could strip away all of the younger rocks deposited on top of buried Precambrian basement, you would see a landscape of low relief. The topography of the Precambrian rocks is very subdued, with barely 500 feet difference between the highest point and the lowest. Clearly, this region was exposed to a very long period of erosion in the very distant past which beveled the original mountainous surface to a gently undulating surface. The present surface is not much different. Hills rise just a few hundred feet above the surrounding countryside. The highest of these, such as Rib Hill, Wisconsin, are made up mostly of resistant quartzite or granite. Throughout the Paleozoic and Mesozoic Eras the mostly low lying Interior Plains region remained relatively unaffected by the mountain building tectonic collisions suffered by the western and eastern margins of the continent.]] The rocks of the Appalachian, Ouachita, Ozark Mountains are old and share a common origin. They largely consist of sedimentary rocks of Paleozoic age that were deposited on the sea floor and are presently folded and faulted. The Appalachians also have volcanic rocks and slivers of ancient sea floor. These mountains were once part of a mighty uplifted mountain range that stretch from the Appalachian Highlands through Texas. During the earliest Paleozoic Era, the continent that would later become North America straddled the equator. The Appalachian region was a passive plate margin, not unlike today's Atlantic Coastal Plain Province. During this interval, the region was periodically submerged beneath shallows seas. Thick layers of sediment and carbonate rock was deposited on the shallow sea bottom when the region was submerged. When seas receded, terrestrial sedimentary deposits and erosion dominated. During the Late Triassic, Pangea began to be torn apart when a three pronged fissure grew between Africa, South America, and North America. Rifting began as magma welled up through the weakness in the crust, creating a volcanic rift zone. Volcanic eruptions spewed ash and volcanic debris across the landscape as these severed continent sized fragments of Pangea diverged. These terranes were caused by the subduction of the Farallon, Kula, and Pacific plates sequentially.

Гавайи

Гавайи штаты аралдар тізбегінен немесе архипелагтан тұрады. Бұл архипелаг Тынық мұхиты тақтасының Жердің мантиясындағы ыстық нүкте үстінен солтүстік-батысқа қарай жылдамдықпен, шамамен 51 километрге миллион жыл сайын жылжуы нәтижесінде қалыптасқан. Сондықтан, оңтүстік-шығыс арал (Гавайи) вулканически белсенді, ал архипелагтың солтүстік-батыс ұшындағы аралдар ұзақ уақыт бойы эрозияға ұшырағандықтан көне және әдетте кішкентай. Архипелагтың жасы калий-аргондық әдіспен анықталған. Осы және басқа зерттеулерге сәйкес, ең солтүстік-батыс арал – Куре атолы шамамен 28 миллион жыл (млн) бұрын пайда болған ең көне арал деп есептеледі; ал Гавайи шамамен 0,4 млн жыл (400 000 жыл) бұрын пайда болған. Соңғы 200 жылда вулканическая белсенділік Гавайиде және оңтүстік-шығыста теңіз астындағы, бірақ өсіп келе жатқан Камаэхуаканолаоа (бұрынғы Лойхи) жанартауында ғана байқалды. Ыстық нүктенің магмасының көп бөлігі базальттан тұрады, сондықтан Гавайи жанартауларының құрамында негізінен осы магмалық тас болады. Қатаң дәнді габбро мен диабаз өте аз мөлшерде кездеседі. Нефелинит аралдарда кездеседі, бірақ өте сирек. Гавайидегі көптеген жарылыстар гавайилік типтегі жарылыстар болып табылады, себебі базальттық магма Тынық мұхиты алабының шетіндегі кейбір әсерлі және қауіпті жарылыстарды тудыратын андезиттік магма сияқты, жарылғыш жарылыстарға қатысатын магмамен салыстырғанда сұйық болады.